本發(fā)明涉及具有集成單元內(nèi)電阻的一次堿性電池和用于確定這樣的單元內(nèi)集成電阻的方法。

背景技術(shù)：

電化學(xué)單元或電池通常被用作電能量源。電池包含典型地被稱為陽(yáng)極的負(fù)電極和典型地被稱為陰極的正電極。陽(yáng)極包含可以氧化的電化學(xué)活性陽(yáng)極材料。陰極包含可以還原的電化學(xué)活性陰極材料。電化學(xué)活性陽(yáng)極材料能夠還原電化學(xué)活性陰極材料。隔板設(shè)置在陽(yáng)極和陰極之間。電池組件設(shè)置在容器或外殼中，其典型地由金屬制成。

當(dāng)電池被用作電子設(shè)備中的電能量源時(shí)，對(duì)陽(yáng)極和陰極做出電接觸，從而允許電子流過設(shè)備并且準(zhǔn)許相應(yīng)的氧化和還原反應(yīng)發(fā)生以向電子設(shè)備提供電功率。電解液與陽(yáng)極、陰極和隔板接觸。電解液包含流過陽(yáng)極和陰極之間的隔板的離子，以在放電期間維持遍及電池的電荷平衡。

存在制作以下電池的增長(zhǎng)的需要：該電池更好地適合于為諸如玩具；遙控；音頻設(shè)備；閃光燈；數(shù)碼相機(jī)和外圍攝影裝備；電子游戲；牙刷；收音機(jī)；和時(shí)鐘之類的當(dāng)代電子設(shè)備供電。為了滿足該需要，電池可以包括電化學(xué)活性陽(yáng)極和/或陰極材料的更高加載以提供增加的容量和服務(wù)壽命。然而，電池還以諸如AA、AAA、AAAA、C和D電池大小之類的常見大小出現(xiàn)，該電池具有固定的外部尺寸和受約束的內(nèi)部體積。單獨(dú)增加電化學(xué)活性材料加載以實(shí)現(xiàn)更好性能的電池的能力因而是有限的。

存在提供一種具有優(yōu)化的集成單元內(nèi)電阻以大幅增加總體電池性能（諸如功率能力和服務(wù)壽命）的堿性電池的需要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種一次AA堿性電池。一次AA堿性電池包括：陽(yáng)極；陰極；電解液；以及陽(yáng)極與陰極之間的隔板。陽(yáng)極包括電化學(xué)活性陽(yáng)極材料。陰極包括電化學(xué)活性陰極材料。電解液包括氫氧化鉀。一次AA堿性電池具有小于大約39 mΩ的22℃處的集成單元內(nèi)離子電阻（R_i）。電化學(xué)活性陰極材料包括電解二氧化錳。電解二氧化錳具有從大約2.9 g/cm³到大約3.45 g/cm³的特定陰極加載。隔板具有大于75%的孔隙率。

在另一實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種用于確定電池的集成單元內(nèi)電阻的方法。方法包括提供電解液的步驟。方法還包括測(cè)量電解液在溫度t_i處的電阻R_el-te(ti)的步驟。方法還包括測(cè)量電解液在溫度t_j處的電阻R_el-te(tj)的步驟。方法還包括根據(jù)等式6計(jì)算電解液在溫度t_i處的電阻R_el-te(ti)與電解液在溫度t_j處的電阻R_el-te(tj)之比的步驟。方法還包括提供包括電解液的電池的步驟。方法還包括測(cè)量電池在溫度t_i處的歐姆電阻R_i的步驟。方法包括測(cè)量電池在溫度t_j處的歐姆電阻R_j的步驟。此外，方法包括根據(jù)等式7計(jì)算電池的集成單元內(nèi)電子電阻R_e的步驟。方法還包括根據(jù)等式8計(jì)算電池在溫度t_i處的集成單元內(nèi)離子電阻R_i(ti)的步驟。方法還包括根據(jù)等式8計(jì)算電池在溫度t_j處的集成單元內(nèi)離子電阻R_i(tj)的步驟。

附圖說明

雖然說明書以特別地指出并且明確地要求保護(hù)主題（其被視為形成本發(fā)明）的權(quán)利要求作出結(jié)論，但是相信根據(jù)結(jié)合附圖的以下描述將更好理解本發(fā)明。

圖1是本發(fā)明的具有集成單元內(nèi)電阻的一次堿性電池的橫截面。

圖2是本發(fā)明的用于計(jì)算集成單元內(nèi)電阻的方法的實(shí)施例的過程流程圖。

圖3是包括電壓指示器的本發(fā)明的具有集成單元內(nèi)電阻的一次堿性電池的透視圖。

具體實(shí)施方式

電化學(xué)單元或電池可以是一次或二次的。一次電池意味著僅一次被放電至例如耗盡并且然后被丟棄。一次電池例如被描述在David Linden, Handbook of Batteries（2011年第4版）中。二次電池意在被再充電。二次電池可以被放電和再充電許多次，例如超過五十次、一百次或更多。二次電池被描述在例如David Linden, Handbook of Batteries（2011年第4版）中。相應(yīng)地，電池可以包括各種電化學(xué)電偶和電解質(zhì)組合。盡管本文所提供的描述和示例一般涉及堿性電化學(xué)一次單元或電池，但是應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會(huì)到，本發(fā)明適用于含水、不含水、離子液體和固態(tài)系統(tǒng)的一次和二次電池二者。前面提到的系統(tǒng)的一次和二次電池因而在本申請(qǐng)的范圍內(nèi)，并且本發(fā)明不限于任何特定實(shí)施例。

參照?qǐng)D1，示出一次堿性電化學(xué)單元或電池10，包括陰極12、陽(yáng)極14、隔板16和外殼18。電池10還包括集流器20、密封物22和端蓋24。端蓋24充當(dāng)電池10的負(fù)端子。正尖頭信號(hào)26在電池10的與端蓋24相對(duì)的端部處。正尖頭信號(hào)26可以充當(dāng)電池10的正端子。電解液溶液分散遍及電池10。將陰極12、陽(yáng)極14、隔板16、電解液、集流器20和密封物22包含在外殼18內(nèi)。電池10可以例如是AA、AAA、AAAA、C或D堿性電池。

外殼18可以是通常用在一次堿性電池中的任何常規(guī)類型的外殼，并且可以由任何合適的基礎(chǔ)材料制成，例如冷軋鋼或鍍鎳的冷軋鋼制成。外殼18可以具有圓柱形狀。外殼18可以具有任何其它合適的非圓柱形狀。外殼18例如可以具有包括至少兩個(gè)平行板的形狀，諸如矩形、方形或棱柱形狀。外殼18可以例如從諸如冷軋鋼或鍍鎳鋼的基礎(chǔ)材料片材深拉制。外殼18可以例如被拉制成圓柱形狀。外殼18可以具有至少一個(gè)開放端部。外殼18可以具有閉合端部和開放端部，在閉合端部和開放端部之間具有側(cè)壁。外殼18的側(cè)壁的內(nèi)部表面可以利用下述材料進(jìn)行處理：該材料提供外殼18的側(cè)壁的內(nèi)部表面與諸如陰極12之類的電極之間的低電接觸電阻。外殼18的側(cè)壁的內(nèi)部表面可以例如鍍有鎳、鈷和/或噴涂有碳加載的涂料，以減小例如外殼18的側(cè)壁的內(nèi)部表面與陰極12之間的接觸電阻。

集流器20可以通過本領(lǐng)域內(nèi)的任何已知方法被制成任何合適形狀以用于特定電池設(shè)計(jì)。集流器20可以具有例如尾部狀形狀。集流器20可以具有柱狀主體和位于柱狀主體的一個(gè)端部處的頭部。集流器20可以由金屬制成，例如鋅、銅、黃銅、銀或任何其它合適的材料制成。集流器20可能可選地鍍有錫、鋅、鉍、銦或呈現(xiàn)集流器20與例如陽(yáng)極14之間的低電接觸電阻的另一合適材料。鍍層材料還可以展現(xiàn)出在集流器20被陽(yáng)極14接觸時(shí)抑制氣體形成的能力。

可以通過將諸如聚酰胺、聚丙烯、聚醚氨基甲酸乙酯（polyetherurethane）等之類的聚合物；聚合物復(fù)合物；及其混合物注塑成型成具有預(yù)定尺寸的形狀來(lái)制備密封物22。密封物22可以由例如尼龍（Nylon）6,6；尼龍6,10；尼龍6,12；尼龍11；聚丙烯；聚醚氨基甲酸乙酯；共聚物；復(fù)合物；及其混合物制成。示例性注塑成型方法包括冷流道方法和熱流道方法二者。密封物22可以包含其他已知的功能材料，諸如增塑劑、結(jié)晶成核劑、抗氧化劑、脫模劑、潤(rùn)滑劑和抗靜電劑。密封物22還可以涂敷有密封劑。密封物22可以在在電池10內(nèi)使用之前被濕潤(rùn)。密封物22例如可以具有取決于密封材料而從大約1.0重量百分比到大約9.0重量百分比的水分含量。集流器20可以被插入到并且穿過密封物22。

端蓋24可以以足以閉合相應(yīng)電池的任何形狀形成。端蓋24可以具有例如圓柱或棱柱形狀。端蓋24可以通過將材料壓制成具有合適尺寸的期望形狀來(lái)形成。端蓋24可以由將在電池10的放電期間傳導(dǎo)電子的任何合適的材料制成。端蓋24可以由例如鍍鎳鋼或鍍錫鋼制成。端蓋24可以電連接到集流器20。端蓋24可以例如通過焊接到集流器20來(lái)做出到集流器20的電連接。端蓋24還可以包括一個(gè)或多個(gè)孔，諸如孔洞，以用于在電池10內(nèi)的放氣事件期間（例如在設(shè)備內(nèi)的電池10的深度放電或反轉(zhuǎn)期間）排出可能在端蓋24之下構(gòu)建起的任何氣體壓力（其可能造成排氣口的破裂）。

陰極12包括一個(gè)或多個(gè)電化學(xué)活性陰極材料。電化學(xué)活性陰極材料可以包括氧化錳、二氧化錳、電解二氧化錳（EMD）、化學(xué)二氧化錳（CMD）、高功率電解二氧化錳（HP EMD）、lambda二氧化錳、gamma二氧化錳、beta二氧化錳及其混合物。其它電化學(xué)活性陰極材料包括但不限于，氧化銀；氧化鎳；氫氧化鎳；氧化銅；銅鹽，諸如碘酸銅；氧化鉍；高價(jià)鎳化合物；高價(jià)鐵化合物；氧；及其混合物。氧化鎳可以包括氫氧化鎳、羥基氧化鎳、羥基氧化鈷涂敷的羥基氧化鎳、脫鋰分層氧化鋰鎳、部分脫鋰的分層氧化鎳及其混合物。氫氧化鎳或羥基氧化鎳可以包括beta羥基氧化鎳、gamma羥基氧化鎳和/或beta羥基氧化鎳和/或gamma羥基氧化鎳的共生物。羥基氧化鈷涂敷的羥基氧化鎳可以包括羥基氧化鈷涂敷的beta羥基氧化鎳、羥基氧化鈷涂敷的gamma羥基氧化鎳和/或beta羥基氧化鎳和gamma羥基氧化鎳的羥基氧化鈷涂敷的共生物。高價(jià)鎳化合物可以例如包括四價(jià)鎳。高價(jià)鐵化合物可以例如包括六價(jià)鐵。

陰極12可以包括導(dǎo)電添加物，諸如碳顆粒，以及粘合劑。碳顆粒被包括在陰極中以允許電子流過陰極。碳顆粒可以是石墨，諸如膨脹石墨和天然石墨；石墨烯、單壁納米管、多壁納米管、碳纖維；碳納米纖維；及其混合物。優(yōu)選的是，陰極中的碳顆粒的量相對(duì)低，例如小于大約10%、小于大約7.0%、小于大約4.25%、小于大約3.75%、小于大約3.5%或甚至小于大約3.25%，例如從大約2.0%到大約3.25%。較低的碳水平使得能夠在陰極12內(nèi)包括電化學(xué)活性材料的較高加載而不增加陰極12的體積或減小完成的電池10的空隙體積（其必須維持在某個(gè)水平處或以上以防止當(dāng)氣體在單元內(nèi)生成時(shí)內(nèi)部壓力上升過高）。合適的膨脹石墨可以是例如從TIMCAL Carbon & Graphite（Bodio，瑞士）可得到的BNB-90石墨。

可以用在陰極12中的粘合劑的示例包括聚乙烯、聚丙烯酸或氟碳樹脂，諸如PVDF或PTFE。聚乙烯粘合劑的示例在商標(biāo)名稱COATHYLENE HA-1681之下銷售（從Hoechst或DuPont可得到）。其它陰極添加劑的示例被描述在例如美國(guó)專利號(hào)5,698,315、5,919,598、5,997,775和7,351,499中。

陰極12內(nèi)的電化學(xué)活性陰極材料的量可以被稱為陰極加載。陰極12的加載可以取決于在電池10內(nèi)使用的電化學(xué)活性陰極材料和電池10的單元大小而變化。例如，具有EMD電化學(xué)活性陰極材料的AA電池可以具有至少大約9.0克的EMD的陰極加載。陰極加載可以是例如至少大約9.5克的EMD。陰極加載可以例如是從大約9.7克到大約11.5克的EMD。陰極加載可以是從大約9.7克到大約11.0克的EMD。陰極加載可以是從大約9.8克到大約11.2克的EMD。陰極加載可以是從大約9.9克到大約11.5克的EMD。陰極加載可以是從大約10.4克到大約11.5克的EMD。對(duì)于AAA電池，陰極加載可以是從大約4.0克到大約6.0克的EMD。對(duì)于AAAA電池，陰極加載可以是從大約2.0克到大約3.0克的EMD。對(duì)于C電池，陰極加載可以是從大約25.0克到大約29.0克的EMD。對(duì)于D電池，陰極加載可以是從大約54.0克到大約70.0克的EMD。

陰極組分，諸如（多個(gè)）電化學(xué)活性陰極材料、碳顆粒和粘合劑，可以與諸如含水氫氧化鉀電解液之類的含水液體組合；混合；并且被壓制成粒料以供用在完成的電池的制造中。對(duì)于最優(yōu)陰極粒料處理，一般優(yōu)選的是陰極材料具有大約2.5%到大約5%，更優(yōu)選地大約2.8%到大約4.6%的范圍中的水分水平。粒料在電池制造過程期間在放置在外殼內(nèi)之后典型地重新壓縮以形成均勻陰極。

一般優(yōu)選的是，陰極12基本上沒有非膨脹石墨。非膨脹石墨顆?？梢韵蜿帢O粒料形成裝備提供潤(rùn)滑性能。然而，非膨脹石墨的導(dǎo)電性顯著低于膨脹石墨的導(dǎo)電性并且可能必要的是使用更多非膨脹石墨以便獲得包含膨脹石墨的陰極的相同陰極導(dǎo)電性。雖然不是優(yōu)選的，但是陰極可以包括低水平的非膨脹石墨，然而這將危害在維持特定陰極導(dǎo)電性的同時(shí)可以獲得的石墨濃度的降低。

陰極12將具有可以在陰極制造的時(shí)間計(jì)算的孔隙率?？梢栽谥圃鞎r(shí)（例如在陰極粒料處理之后）計(jì)算陰極的孔隙率，因?yàn)殡姵?0內(nèi)的陰極12的孔隙率將尤其由于與陰極的電解液潤(rùn)濕和電池放電相關(guān)聯(lián)的陰極溶脹而隨時(shí)間改變。陰極的孔隙率可以被計(jì)算如下。每一個(gè)固體陰極組件的真實(shí)密度可以從參考書籍取得，例如Lange’s Handbook of Chemistry（2005年第16版）。每一個(gè)陰極組件的固體重量由電池設(shè)計(jì)限定。每一個(gè)陰極組件的固體重量可以除以每一個(gè)陰極組件的真實(shí)密度以確定陰極固體體積。被電池內(nèi)的陰極占據(jù)的體積同樣由電池設(shè)計(jì)限定。可以通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）程序來(lái)計(jì)算由陰極占據(jù)的體積?？梢酝ㄟ^以下公式確定孔隙率：

陰極孔隙率 = [1 – (陰極固體體積 ÷ 陰極體積)] x 100

例如，AA電池的陰極12可以包括大約10.90克的二氧化錳和大約0.401克的石墨（BNB-90）作為陰極12內(nèi)的固體。二氧化錳和石墨的真實(shí)密度可以分別為大約4.45 g/cm³和大約2.15 g/cm³。固體的重量除以相應(yīng)真實(shí)密度得出大約2.45 cm³的由二氧化錳占據(jù)的體積和大約0.19 cm³的由石墨占據(jù)的體積。總固體體積為大約2.64 cm³。設(shè)計(jì)者可以將由陰極12占據(jù)的體積選擇為大約3.473 cm³。根據(jù)以上等式[1-(2.64 cm³ ÷ 3.473 cm³)]計(jì)算陰極孔隙率得出大約0.24或24%的陰極孔隙率。陰極孔隙率可以從大約15%到大約45%并且優(yōu)選地在大約22%和大約35%之間。

陰極12的給定體積內(nèi)的電化學(xué)活性陰極材料的量可以被稱為特定陰極加載。由電池10內(nèi)的陰極12占據(jù)的體積，如以上所討論的，可以通過電池設(shè)計(jì)限定?？梢酝ㄟ^計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）程序來(lái)計(jì)算由陰極12占據(jù)的體積。特定陰極加載可以例如大于每立方厘米陰極體積大約2.9克的EMD。特定陰極加載可以是例如從每立方厘米陰極體積大約2.9克的EMD到每立方厘米陰極體積大約3.45克的EMD。特定陰極加載可以是例如從每立方厘米陰極體積大約3.0克的EMD到每立方厘米陰極體積大約3.36克的EMD。特定陰極加載可以是例如從每立方厘米陰極體積大約3.10克的EMD到每立方厘米陰極體積大約3.25克的EMD。

電化學(xué)活性陰極材料可以由顆粒構(gòu)成。電化學(xué)活性陰極材料的顆粒可以具有表面積。可以通過本領(lǐng)域中已知的任何方法確定電化學(xué)活性陰極材料的顆粒的表面積。例如，可以使用Brauner-Emmet-Teller（BET）技術(shù)來(lái)確定電化學(xué)活性陰極材料的顆粒的表面積。電化學(xué)活性陰極材料的顆粒的BET表面積可以例如大于15 m²/g。電化學(xué)活性陰極材料的顆粒的BET表面積可以例如從大約15 m²/g到大約35 m²/g。電化學(xué)活性陰極材料的顆粒的BET表面積可以例如從大約18 m²/g到大約28 m²/g。電化學(xué)活性陰極材料的顆粒的BET表面積可以例如從大約20 m²/g到大約25 m²/g。

陽(yáng)極14可以由至少一種電化學(xué)活性陽(yáng)極材料、膠凝劑和諸如放氣抑制劑之類的微量添加劑形成。電化學(xué)活性陽(yáng)極材料可以包括：鋅；鎘；鐵；金屬氫化物，諸如AB₅、AB₂和A₂B₇；其合金；及其混合物。

陽(yáng)極14內(nèi)的電化學(xué)活性陽(yáng)極材料的量可以被稱為陽(yáng)極加載。陽(yáng)極14的加載可以取決于在電池10內(nèi)使用的電化學(xué)活性陽(yáng)極材料和電池10的單元大小而變化。例如，具有鋅電化學(xué)活性陽(yáng)極材料的AA電池可以具有至少大約3.3克的鋅的陽(yáng)極加載。陽(yáng)極加載可以例如至少為大約4.0、大約4.3、大約4.6克、大約5.0克或大約5.5克的鋅。例如具有鋅電化學(xué)活性陽(yáng)極材料的AAA電池可以具有至少大約1.9克的鋅的陽(yáng)極加載。例如，陽(yáng)極加載可以具有至少大約2.0或大約2.1克的鋅。例如具有鋅電化學(xué)活性陽(yáng)極材料的AAAA電池可以具有至少大約0.6克的鋅的陽(yáng)極加載。例如，陽(yáng)極加載可以具有至少大約0.7至大約1.0克的鋅。例如具有鋅電化學(xué)活性陽(yáng)極材料的C電池可以具有至少大約9.5克的鋅的陽(yáng)極加載。例如，陽(yáng)極加載可以具有至少大約10.0至大約15.0克的鋅。例如具有鋅電化學(xué)活性陽(yáng)極材料的D電池可以具有至少大約19.5克的鋅的陽(yáng)極加載。例如，陽(yáng)極加載可以具有至少大約20.0至大約30.0克的鋅。

電化學(xué)活性陽(yáng)極材料可以由顆粒構(gòu)成。電化學(xué)活性陽(yáng)極材料的顆?？梢跃哂斜砻娣e?？梢酝ㄟ^本領(lǐng)域中已知的任何方法確定電化學(xué)活性陽(yáng)極材料的顆粒的表面積。例如，可以使用Brauner-Emmet-Teller（BET）技術(shù)來(lái)確定電化學(xué)活性陽(yáng)極材料的顆粒的表面積。電化學(xué)活性陽(yáng)極材料的顆粒的BET表面積可以例如大于0.040 m²/g。電化學(xué)活性陽(yáng)極材料的顆粒的BET表面積可以例如從大約0.0410 m²/g到大約0.0600 m²/g。電化學(xué)活性陽(yáng)極材料的顆粒的BET表面積可以例如從大約0.0450 m²/g到大約0.0550 m²/g。電化學(xué)活性陽(yáng)極材料的顆粒的BET表面積可以例如從大約0.0490 m²/g到大約0.0510 m²/g。

電化學(xué)活性陽(yáng)極材料的顆粒可以具有顆粒大小。電化學(xué)活性陽(yáng)極材料可以包括高斯分布的顆粒大小。例如，電化學(xué)活性陽(yáng)極材料的平均顆粒大小可以大于大約10μm并且小于大約300μm。電化學(xué)活性陽(yáng)極材料的平均顆粒大小可以大于大約50μm并且小于大約300μm。電化學(xué)活性陽(yáng)極材料的平均顆粒大小可以大于大約60μm并且小于大約250μm。電化學(xué)活性陽(yáng)極材料的平均顆粒大小可以大于大約75μm并且小于大約150μm。電化學(xué)活性陽(yáng)極材料的平均顆粒大小可以大于大約10μm并且小于大約70μm。電化學(xué)活性陽(yáng)極材料的平均顆粒大小可以大于大約20μm并且小于大約60μm。電化學(xué)活性陽(yáng)極材料的平均顆粒大小可以大于大約30μm并且小于大約50μm。電化學(xué)活性陽(yáng)極材料可以包括顆粒大小的多模態(tài)分布，例如顆粒大小的雙模態(tài)或三模態(tài)分布。多模態(tài)分布是指具有至少兩個(gè)不同峰值的分布。因此，針對(duì)具有顆粒大小的多模態(tài)分布的電化學(xué)活性陽(yáng)極材料的作為顆粒大小的函數(shù)的顆粒的相對(duì)百分比圖將具有至少兩個(gè)不同峰值。顆粒大小分布的一個(gè)模式可以包括樣品的大約10%至大約90%，其中在該模式中的平均顆粒大小的范圍從大約10μm到大約70μm。顆粒大小分布的第二模式可以包括相同樣品的大約10%至大約90%，其中該模式中的平均顆粒大小的范圍從大約50μm到大約300μm。對(duì)于作為電化學(xué)活性陽(yáng)極材料的鋅的多模態(tài)顆粒大小分布的示例可以是雙模態(tài)分布，其中混合物的從大約10%至大約35%可以具有大約10μm和大約70μm之間的平均顆粒大小，并且其余大約65%至大約90%的混合物可以具有大約50μm和大約300μm之間的平均顆粒大小分布。

可以使用的膠凝劑的示例包括聚丙烯酸；接枝淀粉材料；聚丙烯酸鹽；羧甲基纖維素；羧甲基纖維素鹽（例如羧甲基纖維素鈉）；或其組合。陽(yáng)極可以包括放氣抑制劑，該放氣抑制劑可以包括無(wú)機(jī)材料，諸如鉍、錫或銦?？商鎿Q地，放氣抑制劑可以包括有機(jī)化合物，諸如磷酸酯、離子表面活性劑或非離子表面活性劑。

電解液可以分散遍及陰極12、陽(yáng)極14和隔板16。電解液包括含水溶液中的離子導(dǎo)電組分。離子導(dǎo)電組分可以是氫氧化物。氫氧化物可以是例如氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰、氫氧化銫及其混合物。離子導(dǎo)電組分還可以包括鹽。鹽可以是例如氯化鋅、氯化氨、高氯酸鎂、溴化鎂及其混合物?？梢匀Q于電池設(shè)計(jì)及其期望的性能而選擇離子導(dǎo)電組分的濃度。含水堿性電解液可以包括具有水的溶液中的氫氧化物，作為離子導(dǎo)電組分。在電池10內(nèi)的總電解液的重量基礎(chǔ)上，電解液內(nèi)的氫氧化物的濃度可以從大約0.25至大約0.40，或從大約25%至大約40%。例如，在電池10內(nèi)的總電解液的重量基礎(chǔ)上，電解液的氫氧化物濃度可以從大約0.25至大約0.32，或從大約25%至大約32%。含水堿性電解液還可以包括溶解在其內(nèi)的氧化鋅（ZnO）。ZnO可以用于抑制陽(yáng)極內(nèi)的鋅腐蝕。包括在電解液內(nèi)的ZnO的濃度按照電池10內(nèi)的總電解液的重量可以小于大約3%。ZnO濃度例如按照電池10內(nèi)的總電解液的重量可以從大約1%至按照該重量大約3%。

AA堿性電池內(nèi)的含水堿性電解液的總重量例如可以從大約3.0克至大約4.0克。AA電池內(nèi)的電解液的總重量?jī)?yōu)選地可以是例如從大約3.3克至大約3.8克。AA電池內(nèi)的電解液的總重量可以是例如從大約3.4克至大約3.65克。AAA堿性電池內(nèi)的含水堿性電解液的總重量可以是例如從大約1.0克至大約2.0克。AAA電池內(nèi)的電解液的總重量可以是例如從大約1.2克至大約1.8克。AAA電池內(nèi)的電解液的總重量可以是例如從大約1.4克至大約1.6克。

隔板16包括可潤(rùn)濕或由電解液潤(rùn)濕的材料。當(dāng)液體與表面之間的接觸角小于90°時(shí)或者當(dāng)液體傾向于跨表面自主擴(kuò)散時(shí)，材料被說成是被液體潤(rùn)濕；兩個(gè)條件正常共存。隔板16可以包括編織或非編織紙張或纖維。隔板16可以包括例如與非編織材料層組合的玻璃紙層。隔板還可以包括附加的非編織材料層。隔板材料可以是薄的。隔板例如可以具有小于150微米（μm）的干燥厚度。隔板例如可以具有小于100μm的干燥厚度。隔板優(yōu)選地具有從大約70μm到大約90μm的干燥厚度，更優(yōu)選地從大約70μm到大約75μm的干燥厚度。隔板例如可以具有小于185微米（μm）的濕潤(rùn)厚度。隔板例如可以具有從大約90μm到大約180μm的濕潤(rùn)厚度。隔板例如可以具有從大約100μm到大約170μm的濕潤(rùn)厚度。隔板例如可以具有從大約110μm到大約130μm的濕潤(rùn)厚度。隔板具有40 g/m²或更小的基重。隔板優(yōu)選地具有從大約15 g/m²到大約40 g/m²的基重，并且更優(yōu)選地從大約20 g/m²到大約30 g/m²的基重。隔板例如可以具有大于1.30 g/cm³的密度。隔板可以具有從大約1.32 g/cm³到大約1.40 g/cm³的密度。隔板可以具有從大約1.34 g/cm³到大約1.38 g/cm³的密度。隔板例如可以具有大于大約70%的孔隙率。隔板可以具有從大約71%到大約85%的孔隙率。隔板可以具有從大約73%到大約80%的孔隙率。隔板可以具有從大約75%到大約79%的孔隙率。

隔板16可以具有透氣性值。隔板的透氣性值可以通過鈉透氣性測(cè)試器來(lái)表征，如在ISO 2965中所定義的。鈉透氣性測(cè)試器被設(shè)計(jì)成測(cè)量紙張和非編織材料的透氣性。測(cè)試器測(cè)量以1kPa的壓力在一分鐘期間經(jīng)過材料的預(yù)確定截面的氣體體積。隔板16的透氣性值可以從大約2000 cm³/cm²·min 在1kPa到大約5000 cm³/cm²·min 在1kPa。隔板16的透氣性值可以從大約3000 cm³/cm²·min 在1kPa到大約4000 cm³/cm²·min 在1kPa。隔板16的透氣性值可以從大約3500 cm³/cm²·min 在1kPa到大約3800 cm³/cm²·min 在1kPa。

區(qū)域特定電阻是受隔板性質(zhì)（諸如組成、厚度、透氣性、基重和可潤(rùn)濕性）連同電解液性質(zhì)（諸如氫氧化物和鋅酸鹽濃度）影響的組合隔板和電解液的所測(cè)量的性質(zhì)。堿性電解液中的隔板的組合的區(qū)域特定電阻可以從大約100 mOhm-cm² 到大約800 mOhm-cm²。區(qū)域特定電阻可以從大約200 mOhm-cm²到大約500 mOhm-cm²。

電池放電性能一般取決于許多因素。一個(gè)重要因素是電池的歐姆電阻，該電阻連同其它因素可以影響電池的放電速率能力和放電效率。電池R的歐姆電阻是電池內(nèi)的集成單元內(nèi)離子電阻R_i和集成單元內(nèi)電子電阻R_e的組合。集成單元內(nèi)離子電阻R_i可以包括隔板的孔隙中的電解液的離子電阻R_is以及在隔板附近的陰極和陽(yáng)極的孔隙中的電解液的電阻R_ip。位于陰極和陽(yáng)極的多孔基質(zhì)內(nèi)部的陰極和陽(yáng)極的電極材料的孔隙中的電解液的電阻可能影響集成單元內(nèi)離子電阻R_i。集成單元內(nèi)離子電阻R_i可以表示陰極和陽(yáng)極的多孔基質(zhì)的孔隙和隔板的孔隙中的電解液的有效離子電阻。陰極和陽(yáng)極的孔隙中的電解液的電阻R_ip將取決于陰極和陽(yáng)極的孔隙率、孔隙的可潤(rùn)濕性、孔隙分布、顆粒大小、形態(tài)、潤(rùn)濕表面積和電解液的電導(dǎo)率。集成單元內(nèi)離子電阻R_i；集成單元內(nèi)電子電阻R_e；和歐姆電阻R將特別在高消耗條件下影響電池放電性能?？梢酝ㄟ^例如最小化電池的集成單元內(nèi)離子電阻R_i；集成單元內(nèi)電子電阻R_e；和歐姆電阻R來(lái)改進(jìn)電池的放電性能。

經(jīng)組裝的電池內(nèi)的隔板的實(shí)際厚度是未知的，因?yàn)槔珀?yáng)極和陰極之間的靜止壓力可能在隔板的任一側(cè)上施加力，從而導(dǎo)致經(jīng)壓縮的厚度。此外，陽(yáng)極和陰極之間的靜止壓力將在電池放電期間變化，因?yàn)殛帢O活性材料和陽(yáng)極活性材料的密度將隨電池放電而改變。而且，陰極組分和陽(yáng)極組分的顆粒大小和顆粒大小分布可能影響經(jīng)組裝的電池內(nèi)的隔板的厚度。此外，陰極組分和陽(yáng)極組分的顆粒在這樣的條件下可能變成嵌入在隔板內(nèi)。隔板的可潤(rùn)濕性和可壓縮性也將影響經(jīng)組裝的電池內(nèi)的隔板的厚度。為了計(jì)及這樣的條件，有效隔板厚度T_cell，其反映集成單元內(nèi)離子電阻R_i和隔板的孔隙中的電解液的電阻R_is中的差異。有效隔板厚度T_cell還可以反映陽(yáng)極實(shí)際上如何分配在電池內(nèi)和在陽(yáng)極分配過程期間在陽(yáng)極內(nèi)創(chuàng)建多少空隙空間。有效隔板厚度還將包括陰極和陽(yáng)極的孔隙中的電解液的電阻R_ip。有效隔板厚度T_cell將影響電池放電性能，特別是在高消耗條件下?？梢酝ㄟ^例如最小化有效隔板厚度T_cell來(lái)改進(jìn)電池的放電性能。

集成單元內(nèi)離子電阻R_i可以取決于電池10內(nèi)的組分和電池10的大小而變化。集成單元內(nèi)離子電阻R_i還可以隨溫度而變化。例如，堿性一次AA電池在22℃處可以具有小于大約39 m?的集成單元內(nèi)離子電阻R_i。集成單元內(nèi)離子電阻R_i在22℃處可以是從大約15 m?到大約39 m?。集成單元內(nèi)離子電阻R_i在22℃處可以是從大約22 m?到大約36.5 m?。

集成單元內(nèi)電子電阻R_e可以取決于電池10內(nèi)的組分和電池10的大小而變化。集成單元內(nèi)電子電阻R_e還可以隨溫度而變化。例如，堿性AA一次電池在22℃處可以具有小于大約22 m?的集成單元內(nèi)電子電阻R_e。集成單元內(nèi)電子電阻R_e在 22℃處可以是從大約10 m?到大約19 m?。

歐姆電阻R可以取決于電池10內(nèi)的組分和電池10的大小而變化。歐姆電阻R還可以隨溫度而變化。例如，一次堿性AA電池在 22℃處可以具有小于大約57 m?的歐姆電阻R。歐姆電阻R在 22℃處可以是從大約25 m?到大約56 m?。

隔板的孔隙中的電解液的離子電阻R_is可以通過測(cè)量由將被使用在電池內(nèi)的某種電解液浸透的隔板的區(qū)域特定電阻并且調(diào)節(jié)到電池內(nèi)的隔板的界面區(qū)域的區(qū)域特定電阻來(lái)估計(jì)。然而，測(cè)量陰極和陽(yáng)極的孔隙中的電解液的電阻R_is的方法不是已知存在的。類似地，確定有效隔板厚度T_cell的方法也不是已知存在的。

電池的集成單元內(nèi)電子電阻R_e可以包括電子通過其可在電池的放電期間流動(dòng)的組合電流路徑的電子電阻。電流路徑可以包括所有金屬-金屬接觸，既在電池內(nèi)部又在電池外部；外殼；任何金屬襯底；與外殼的電接觸中的任何引線；例如石墨或鋅的顆粒到顆粒接觸；等。

在一些實(shí)例中，可以估計(jì)各種電池組分的電子電阻。例如，可以測(cè)量集流器的電子電阻。其它電池組件的電子電阻不是容易確定的。例如，測(cè)量陰極和陽(yáng)極的電子電阻是困難且不精確的。陰極和陽(yáng)極的電子電阻可以使用跨陰極和陽(yáng)極的電壓降的兩個(gè)或四個(gè)電極探針測(cè)量來(lái)完成。然而，該技術(shù)包括測(cè)量中的高可變性，其可能包括例如測(cè)量中的大約20%至大約30%之間的誤差。因此，該技術(shù)僅可以僅用于估計(jì)該技術(shù)適用于的電池組件的電子電阻。

可以通過向電池施加短持續(xù)時(shí)間的直流（DC）脈沖和測(cè)量對(duì)應(yīng)于DC電流的施加的電池電壓的降低來(lái)測(cè)量電池的歐姆電阻R?？梢酝ㄟ^根據(jù)歐姆定律計(jì)算對(duì)應(yīng)于所施加的電流的電池的電壓來(lái)確定電池的內(nèi)部電阻R。還可以利用通常被稱為電化學(xué)阻抗的方法來(lái)測(cè)量電池的內(nèi)部電阻R的總體值。然而，兩種技術(shù)僅可以確定電池的總體阻抗R，并且可能不辨識(shí)與各種電池組件相關(guān)聯(lián)的特定電阻。

存在對(duì)于獨(dú)立測(cè)量電池的集成單元內(nèi)離子電阻R_i和集成單元內(nèi)電子電阻R_e的需要。還存在對(duì)于提取陰極和陽(yáng)極的孔隙中的電解液的電阻R_ip的需要。此外，存在對(duì)于估計(jì)經(jīng)組裝的電池內(nèi)的隔板的有效厚度T_cell的需要。電池內(nèi)的這些參數(shù)的獨(dú)立表征可以導(dǎo)致優(yōu)化的電池設(shè)計(jì)和增加的電池放電性能。

如以上所討論的，電池的歐姆電阻R包括集成單元內(nèi)離子電阻分量R_i和集成單元內(nèi)電子電阻分量R_e。電池的集成單元內(nèi)離子電阻R_i和集成單元內(nèi)電子電阻R_e可能受溫度影響。電池的工作范圍可以從大約0℃到大約45℃。該工作范圍內(nèi)的電池的集成單元內(nèi)離子電阻R_i可能極大地受溫度改變影響。然而，電池的該工作范圍內(nèi)的電池的集成單元內(nèi)電子電阻R_e不極大地受溫度改變影響。

集成單元內(nèi)離子電阻的溫度依賴性可以用于評(píng)估電池內(nèi)的集成單元內(nèi)離子電阻R_i?？梢约俣ńo定溫度范圍內(nèi)的電池的集成單元內(nèi)電子電阻R_e根據(jù)以下的等式1保持恒定：

其中R_e(ti)是以攝氏度（℃）計(jì)的溫度t_i處的電池的以歐姆（?）計(jì)的集成單元內(nèi)電子電阻；R_e(tj)是以攝氏度（℃）計(jì)的不同溫度t_j處的電池的以歐姆（?）計(jì)的集成單元內(nèi)電子電阻；并且R_e是范圍從t_i到t_j的任何溫度處的電池的以歐姆（?）計(jì)的恒定集成單元內(nèi)電子電阻。

還可以假定，根據(jù)以下的等式2，電池在不同溫度處的集成單元內(nèi)離子電阻之比等于所述兩個(gè)不同溫度處的電池的兩個(gè)電解液電阻之比：

其中R_el-te(ti)是以攝氏度（℃）計(jì)的溫度t_i處的以歐姆（?）計(jì)的電池內(nèi)的電解液的電阻率；R_el-te(tj)是以攝氏度（℃）計(jì)的不同溫度t_j處的以歐姆（?）計(jì)的電池內(nèi)的電解液的電阻率；R_i(ti)是以攝氏度（℃）計(jì)的溫度t_i處的以歐姆（?）計(jì)的電池的集成單元內(nèi)離子電阻；并且R_i(tj)是以攝氏度（℃）計(jì)的不同溫度t_j處的以歐姆（?）計(jì)的電池的集成單元內(nèi)離子電阻。

可以分別根據(jù)以下的等式3和等式4來(lái)表述溫度t_i和t_j處的電池的歐姆電阻R：

其中R_ti是以攝氏度（℃）計(jì)的溫度t_i處的以歐姆（?）計(jì)的電池內(nèi)的歐姆電阻，并且R_tj是以攝氏度（℃）計(jì)的不同溫度t_j處的以歐姆（?）計(jì)的電池內(nèi)的歐姆電阻。

等式2利用等式1、3和4可以被重寫為以下的等式5：

溫度t_i處的電池內(nèi)的電解液的電阻率與溫度t_j處的電池內(nèi)的電解液的電阻率之比可以被定義為X并且可以被寫為以下的等式6：

等式5，利用等式6，可以被重寫為以下的等式7：

電池的歐姆阻抗可以在給定溫度范圍內(nèi)的特定溫度處使用例如Solartron阻抗分析儀來(lái)測(cè)量。此外，可以使用例如傳導(dǎo)單元來(lái)實(shí)驗(yàn)地確定給定溫度處的電解液的電阻率。可以使用以上的等式（7）連同實(shí)驗(yàn)確定的特定溫度處的電池的歐姆阻抗和電阻率來(lái)確定特定溫度處的電池的集成單元內(nèi)電子電阻。給定溫度范圍內(nèi)的特定溫度處的電池的集成單元內(nèi)離子電阻可以被寫為以下的等式（8）：

給定溫度處的電池的電容C_p也可以被包括在以上分析內(nèi)?？梢岳美鏢olartron阻抗分析儀來(lái)測(cè)量給定溫度處的電池的電容C_p?？梢詮挠蛇@樣的分析產(chǎn)生的奈奎斯特圖提取給定溫度處的電池的電容。給定溫度處的電池的電容C_p將與陰極和陽(yáng)極的電化學(xué)活性表面積成比例。給定溫度處的電池的電容C_p可以被處理為與隔板附近的陰極和陽(yáng)極的孔隙中的電介質(zhì)的電阻相配（compliment）。

使用等式8計(jì)算的電池的集成單元內(nèi)離子電阻R_i可以在歸一化到電池的陽(yáng)極到陰極界面區(qū)域的隔板/電解液組合的區(qū)域特定電阻內(nèi)進(jìn)行比較。電池的集成單元內(nèi)離子電阻R_i與隔板/電解液組合的經(jīng)歸一化的區(qū)域特定電阻之間的差異可以提供用于表征隔板附近的陰極和陽(yáng)極的孔隙中的電解液的電阻R_ip或確定電池內(nèi)的隔板的有效厚度T_cell的信息。電池設(shè)計(jì)者可以通過單獨(dú)或組合地測(cè)量和調(diào)節(jié)集成單元內(nèi)電子電阻R_e；集成單元內(nèi)離子電阻R_i；隔板的孔隙中的電解液的集成單元內(nèi)離子電阻R_is或區(qū)域特定電阻；隔板附近的陰極和陽(yáng)極的孔隙中的電解液的電阻R_ip；電池設(shè)計(jì)的隔板的有效厚度T_cell；以及電池的電容來(lái)優(yōu)化電池設(shè)計(jì)和組裝電池組裝過程以隨后改進(jìn)電池放電性能或確定陽(yáng)極分配過程的效率。

用于評(píng)估和優(yōu)化電池設(shè)計(jì)的以上技術(shù)可以在電池放電或充電的各種狀態(tài)下完成。以上技術(shù)還應(yīng)用于評(píng)估和優(yōu)化各種存儲(chǔ)狀態(tài)下的電池的設(shè)計(jì)。確定以上描述的電池放電、電池充電和電池存儲(chǔ)的各種狀態(tài)下的各種參數(shù)還可以幫助優(yōu)化電池放電性能和電池可靠性。

參照?qǐng)D2，示出用于確定針對(duì)電池的集成單元內(nèi)電阻的方法（200）。方法包括提供電解液（205）。方法還包括測(cè)量電解液在溫度t_i處的電阻R_el-te(ti)的步驟（210）。方法還包括測(cè)量電解液在溫度t_j處的電阻R_el-te(tj)的步驟（215）。方法還包括根據(jù)等式6計(jì)算電解液在溫度t_i處的電阻R_el-te(ti)與電解液在溫度t_j處的電阻R_el-te(tj)之比的步驟（220）。方法還包括提供包括電解液的電池的步驟（225）。方法還包括測(cè)量電池在溫度t_i處的歐姆電阻R_i的步驟（230）。方法還包括測(cè)量電池在溫度t_j處的歐姆電阻R_j的步驟（235）。方法還包括根據(jù)等式7計(jì)算電池的集成單元內(nèi)電子電阻R_e的步驟（240）。方法還包括根據(jù)等式8計(jì)算電池在溫度t_i處的集成單元內(nèi)離子電阻R_i(ti)的步驟（245）。方法還包括根據(jù)等式8計(jì)算在電池溫度t_j處的集成單元內(nèi)離子電阻R_i(tj)的步驟（250）。

參照?qǐng)D3，示出電池310，該電池310包括具有合并在其內(nèi)的電壓指示器或測(cè)試器330的標(biāo)簽320。標(biāo)簽320可以是具有帶有標(biāo)簽圖形和本文的透明或半透明層的層壓多層膜。標(biāo)簽320可以由聚氯乙烯（PVC）、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）和其它類似的聚合物材料制成。放置在電池上的已知類型的電壓測(cè)試器可以包括熱致變色和電致變色指示器。在熱致變色電池測(cè)試器中，指示器可以放置在電池的陽(yáng)極和陰極電極之間。消費(fèi)者通過手動(dòng)按壓開關(guān)來(lái)激活指示器。一旦開關(guān)被按壓，消費(fèi)者就通過熱致變色測(cè)試器將電池的陽(yáng)極連接到電池的陰極。熱致變色測(cè)試器可以包括銀導(dǎo)體，該銀導(dǎo)體具有可變寬度使得導(dǎo)體的電阻同樣沿其長(zhǎng)度變化。在電流行進(jìn)通過銀導(dǎo)體時(shí)，電流生成熱量，該熱量改變銀導(dǎo)體之上的熱致變色墨顯示器的顏色。熱致變色墨顯示器可以布置為指示電池的相對(duì)容量的量規(guī)。電流越高，生成的熱量越多，并且量規(guī)將改變?cè)蕉嘁灾甘倦姵厥橇己玫摹?/p>

實(shí)驗(yàn)測(cè)試

電解液電阻測(cè)量

電解液的電阻測(cè)量在各種溫度處在耦合到穩(wěn)壓器和頻率響應(yīng)分析儀的電阻率單元中進(jìn)行。電阻率單元是從YSI公司可得到的型號(hào)3403，其具有大約1.0的電池常數(shù)K。電阻率單元的電池常數(shù)可以例如依照G. Jones和B. C. Bradshaw, J. Am. Chem. Sec., 55, 1780 (1933)來(lái)確定。頻率響應(yīng)分析儀是從Solartron Group可得到的具有Solartron 1287電化學(xué)接口軟件的Solartron 1260。電解液是由以溶液重量的31%的氫氧化鉀和以溶液重量的2%的氧化鋅（ZnO）構(gòu)成的含水堿性電解液溶液，所述溶液溶解在水中。電解液放置在溫度受控腔室內(nèi)的電阻率單元中并且被允許在近似一個(gè)小時(shí)的過程內(nèi)達(dá)到測(cè)量溫度。從大約100 kHz到大約0.01 Hz的阻抗掃描在電阻率單元上關(guān)于電解液以一定溫度運(yùn)行。由阻抗掃描導(dǎo)致的數(shù)據(jù)利用從Scribner Associates, Inc可得到的Z-圖/Z-視圖電化學(xué)接口軟件進(jìn)行分析。電解液電阻測(cè)量在大約5℃的溫度t₁處；在大約15℃的溫度t₂處；在大約30℃的溫度t₃處；和在大約40℃的溫度t₄處完成。將電解液電阻測(cè)量的結(jié)果R_el-te(t1), R_el-te(t2), R_el-te(t3)和R_el-te(t4)包括在以下的表1中。

歐姆電阻測(cè)量

在各種溫度處在不同設(shè)計(jì)的經(jīng)組裝電池上進(jìn)行歐姆電阻測(cè)量。四點(diǎn)電池接觸夾具耦合到穩(wěn)壓器和頻率響應(yīng)分析儀。頻率響應(yīng)分析儀是從Solartron Group可得到的具有Solartron 1287電化學(xué)接口軟件的Solartron 1260。將電池插入到溫度受控腔室內(nèi)的四點(diǎn)電池接觸夾具中并且允許電池在近似一個(gè)小時(shí)的過程內(nèi)達(dá)到測(cè)量溫度。從大約60 kHz到大約0.1 Hz的阻抗掃描在包括電池的夾具上以一定溫度運(yùn)行。由阻抗掃描導(dǎo)致的數(shù)據(jù)利用從Scribner Associates, Inc可得到的Z-圖/Z-視圖電化學(xué)接口軟件進(jìn)行分析。通過向電池應(yīng)用AC電勢(shì)并且然后測(cè)量通過電池的電流來(lái)測(cè)量電池的歐姆電阻測(cè)量結(jié)果。然后將阻抗表示為由實(shí)部和虛部組成的復(fù)數(shù)。奈奎斯特圖包括所測(cè)量到的阻抗的X軸上的實(shí)部和Y軸上的虛部。阻抗的X軸上的截距是電池的歐姆電阻的值。歐姆電阻測(cè)量在大約5℃的溫度t₁處；在大約15℃的溫度t₂處；在大約30℃的溫度t₃處；和在大約40℃的溫度t₄處完成。將夾具的背景電阻從所獲得的歐姆電阻值減去。將歐姆電阻測(cè)量的結(jié)果R_t1, R_t2, R_t3和R_t4包括在以下的表1中。

經(jīng)組裝的AA一次堿性電池的測(cè)試

在表1中稱為電池A的電池被組裝以評(píng)估本發(fā)明的效果。陽(yáng)極包括陽(yáng)極漿料，包含4.65克的鋅；1.35立方厘米的氫氧化鉀堿性電解液，該電解液具有按照重量大約31%的KOH和溶解在水中的2%的ZnO；0.027克的丙烯酸膠凝劑；和0.02克的磨損抑制劑。陰極包括EMD、石墨和氫氧化鉀含水電解液溶液的混合。陰極包括10.74克的EMD的加載和0.4克Timcal BNB-90石墨的加載。電池A還具有陰極到陽(yáng)極界面區(qū)域。電池A的陰極到陽(yáng)極界面表面積為11.253 cm²。具有外層和內(nèi)層的隔板介于陽(yáng)極和陰極之間。隔板的外層包括層壓到具有大約57 g/m²的基重和大約90μm（干燥）厚度的非編織材料的玻璃紙。隔板的內(nèi)層是具有大約25 g/m²的基重和大約110μm（干燥）厚度的非編織材料。陽(yáng)極、陰極和隔板插入在圓柱形狀的外殼中。外殼然后被密封以完成電池組裝過程。然后如以上所描述的那樣測(cè)量電池A的歐姆電阻。將針對(duì)電池A的歐姆電阻測(cè)量的結(jié)果R_t1, R_t2, R_t3和R_t4包括在以下的表1中。

另一電池（在表1中被稱為電池B）被組裝以評(píng)估本發(fā)明的效果。陽(yáng)極包括陽(yáng)極漿料，包含4.8克的鋅；1.39立方厘米的氫氧化鉀堿性電解液，其具有按照重量大約31%的KOH和溶解在水中的2%的ZnO；0.027克的丙烯酸膠凝劑；和0.02克的磨損抑制劑。陰極包括EMD、石墨和氫氧化鉀含水電解液溶液的混合。陰極包括10.92克的EMD的加載和0.4克Timcal BNB-90石墨的加載。電池B還具有陰極到陽(yáng)極界面區(qū)域。電池B的陰極到陽(yáng)極界面表面積為11.352 cm²。具有外層和內(nèi)層的隔板介于陽(yáng)極和陰極之間。隔板的外層和內(nèi)層二者包括具有大約23 g/m²的基重和大約75μm（干燥）厚度的非編織材料隔板。陽(yáng)極、陰極和隔板插入在圓柱形狀的外殼中。外殼然后被密封以完成電池組裝過程。然后如以上所描述的那樣測(cè)量電池B的歐姆電阻。將針對(duì)電池B的歐姆電阻測(cè)量的結(jié)果R_t1、R_t2、R_t3和R_t4包括在以下的表1中。

針對(duì)電池A和電池B根據(jù)等式6計(jì)算針對(duì)所有所選溫度組合的電解液的電阻之比。針對(duì)所有所選溫度組合針對(duì)電池A和電池B根據(jù)等式7計(jì)算集成單元內(nèi)電子電阻R_e。將每一個(gè)集成單元內(nèi)電子電阻R_e的平均值包括在以下的表1中。針對(duì)電池A和電池B根據(jù)等式8計(jì)算集成單元內(nèi)離子電阻R_i(t1)、R_i(t2)、R_i(t3)和R_i(t4)。將所計(jì)算的集成單元內(nèi)離子電阻包括在以下的表1中。

區(qū)域特定電阻測(cè)量

在室溫（例如大約21℃）在電阻率單元中進(jìn)行區(qū)域特定電阻測(cè)量。電阻率單元由包裝在Teflon?中的兩個(gè)不銹鋼電極構(gòu)成。下部電極被構(gòu)造成使得電解液的小儲(chǔ)存器可以維持在單元中。頂部電極組裝件是可移除的并且經(jīng)由兩個(gè)金屬引腳對(duì)準(zhǔn)到底部組裝件。頂部電極組裝件裝載有彈簧使得可以向所分析的材料樣品的頂部施加力（近似4至5磅）。下部電極組裝件螺旋固定到夾具基座并且電引線附連到每一個(gè)電極。引線然后附連到諸如Solartron阻抗分析儀之類的阻抗分析儀的引線，所述阻抗分析儀用于完成阻抗掃描以確定單元或樣品材料的電阻。

電阻率單元的背景電阻當(dāng)其電極被短路時(shí)通過在填充有電解液的夾具上運(yùn)行阻抗掃描來(lái)確定。掃描在100,000 kHz處開始并且在100 Hz處結(jié)束，其使用10 mV幅度，使用Scribner Instruments的軟件程序ZPlot來(lái)控制儀表。夾具的電阻（R_CELL）可以具有大約10和150 mΩ之間的典型值，這取決于不銹鋼電極的條件?？梢酝瓿扇舾蓲呙枰源_保所獲得的值相對(duì)恒定。

通過在隔板樣品上運(yùn)行阻抗掃描來(lái)確定隔板和電解液組合的電阻。夾具包括中心盤，在該盤上可以放置隔板樣品。電解液在電阻率單元的腔體內(nèi)被放置到確保隔板樣品在兩側(cè)上在1分鐘內(nèi)良好潤(rùn)濕的水平。運(yùn)行與以上所描述的相同的阻抗掃描。同樣，可以完成若干掃描以確保所獲得的值相對(duì)一致。從掃描獲取的數(shù)據(jù)被繪制在奈奎斯特圖上。在奈奎斯特圖上的Z’’= 0點(diǎn)處確定隔板和電解液組合的歐姆電阻（R_REAL）。然而，該值包括電阻率單元的電阻。通過從針對(duì)隔板和電解液組合樣品確定的包括電阻率單元阻抗（R_REAL）的電阻減去電阻率單元的電阻值（R_CELL），可以計(jì)算針對(duì)隔板和電解液組合的經(jīng)調(diào)節(jié)的電阻值[R_REAL(ADJ)]。

通過將電阻率單元的工作電極的幾何表面積與經(jīng)調(diào)節(jié)的隔板-電解液組合的電阻值相乘來(lái)確定隔板/電解液組合的區(qū)域特定電阻（ASR）。使用在這些實(shí)驗(yàn)中的電阻率單元的工作電極表面積為3.83 cm²。ASR的單位是mOhm?cm²。

測(cè)量以上所描述的電池A和電池B的針對(duì)隔板和電解液組合的區(qū)域特定電阻。首先如以上所描述的那樣對(duì)于每一個(gè)特定電解液確定室溫處的電阻率單元的阻抗。然后對(duì)于每一個(gè)特定電解液確定室溫處的隔板/電解液組合的阻抗。然后確定經(jīng)調(diào)節(jié)的隔板/電解液組合電阻并且將該電阻使用在ASR的計(jì)算中。將針對(duì)電池A和電池B的ASR包括在表1內(nèi)。

結(jié)果討論

表1包括由以上描述的所有分析產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。

表1：針對(duì)隔板/電解液組合的區(qū)域特定電阻（ASR）。

可以從以上的數(shù)據(jù)針對(duì)范圍0℃至40℃內(nèi)的任何溫度外插電池A和電池B二者的集成單元內(nèi)離子電阻和集成單元內(nèi)電子電阻。例如，電池A在22℃處的集成單元內(nèi)離子電阻和集成單元內(nèi)電子分別為0.041 ?和0.017 ?。此外，電池B在22℃處的集成單元內(nèi)離子電阻和集成單元內(nèi)電子分別為0.034 ?和0.019 ?。對(duì)于電池A和電池B二者，22℃處的集成單元內(nèi)離子電阻大于隔板的孔隙內(nèi)的電解液的電阻R_is。這可以指示可以創(chuàng)建界面內(nèi)的空隙的電池A和電池B二者的陽(yáng)極體積內(nèi)的陽(yáng)極漿料的低效分配。

針對(duì)電池A的隔板的外層的濕潤(rùn)厚度是大約200 μm。針對(duì)電池A的內(nèi)隔板的濕潤(rùn)厚度是160 μm。電池A中的隔板的有效厚度T_cell在22℃處為388 μm [(0.041 ? / 0.038 ?)?(0.200 μm + 0.160 μm)]。針對(duì)電池B的隔板的外層的濕潤(rùn)厚度是大約120 μm。針對(duì)電池B的內(nèi)隔板的濕潤(rùn)厚度是120 μm。電池A中的隔板的有效厚度T_cell在22℃處為281 μm [(0.034 ? / 0.029 ?)?(0.120 μm + 0.120 μm)]。針對(duì)電池A和電池B的隔板的有效厚度大于針對(duì)電池A和電池B的隔板的濕潤(rùn)厚度。這也可以指示可以創(chuàng)建界面內(nèi)的空隙的電池A和電池B二者的陽(yáng)極體積內(nèi)的陽(yáng)極漿料的低效分配。

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雖然已經(jīng)圖示和描述了本發(fā)明的特定實(shí)施例，但是對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見的是，可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下做出各種其他改變和修改。因而意圖在隨附權(quán)利要求中覆蓋在本發(fā)明的范圍內(nèi)的所有這樣的改變和修改。